LAPORAN TUGAS AKHIR. Design and Construct of Temperature Instrument Using Thermistor

Transkripsi

1 LAPORAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR MENGGUNAKAN THERMISTOR Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan Design and Construct of Temperature Instrument Using Thermistor Laporan Ini Disusun Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Konversi Energi Oleh : Dhea Riska Triselly JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

2 ii

3 LEMBAR PERSEMBAHAN Bukanlah suatu aib jika kamu gagal dalam suatu usaha, yang merupakan aib adalah jika kamu tidak bangkit dari kegagalan itu (Ali bin Abu Thalib) Orang yang paling menyakitkan siksanya di hari kiamat adalah orang yang punya ilmu tapi Allah tidak mengizinkan memanfaatkan ilmunya (al-hadist) Allah itu Maha Kasih Sayang Allah Maha Adil dan Maha Penerima Taubat. Allah tidak pernah dan tidak akan pernah berlaku dzalim, Allah juga bukan pendendam. Allah senang kepada hamba-hambanya yang tidak pernah putus asa untuk memperoleh rahmat dan hidayahnya. Allah senang kepada mereka yang senantiasa punya harapan untuk hidup yang lebih baik dimasa yang akan datang. TUHAN,,,,,,,, Ampunilah hamba yang hina dan penuh dosa ini Do aku pada Mu ya Allah,,,, Tengadah aku menanti rido Mu dan lindungan Mu dalam perjalanan ku ini. Semoga perlindungan Mu meridoiku Amiiiiiin Kupersembahkan karya kecil ini kepada : Ibuku tercinta, dan tersayang Ayahanda tersayang Doa tulus kepada ananda seperti air dan tak pernah berhenti yang terus mengalir, pengorbanan, motivasi, kesabaran, ketabahan dan tetes air matamu yang terlalu mustahil untuk dinilai, engkaulah sebaik baik panutan meski tidak selalu sempurna Terbayang satu wajah penuh cinta, penuh kasih. Terbayang satu wajah penuh dengan kehangatatan. Oh Ibu... Terima Kasih Ibu... Kakakku Tersayang Kebersamaan, dukungan, doa, kasih sayang, dan perhatianmu padaku, maafkan jika adikmu selalu merepotkanmu, semoga engkau selalu jadi yang terbaik iii

4 DAFTAR RIWAYAT HIDUP Nama : Dhea Riska Triselly Jenis Kelamin : Perempuan Tempat, tanggal lahir : Cimahi, 24 Oktober 1990 Agama : Islam Alamat : Jl.Kolmasturi No.6 Cisarua-Cimahi Telepon (HP) : riezka_32@yahoo.com RIWAYAT PENDIDIKAN 1. Politeknik Negeri Bandung Jurusan Teknik Konversi Energi SMK Negeri 1 Cimahi SMP Negeri 1 Cisarua SDN Jambudipa iv

5 KATA PENGANTAR Puji syukur kepada pemilik semesta dimana segala urusan berada dalam kekuasaan- Nya. Atas izin-nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini yang berjudul RANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR MENGGUNAKAN THERMISTOR. Laporan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III program studi Teknik Konversi Energi di Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung. Penulis menyadari dalam penyusunan laporan ini terdapat banyak kekurangan sehingga masih jauh dari yang diharapkan. Hal tersebut karena keterbatasan yang dimiliki penulis baik dari keterbatasan waktu maupun keterbatasan pengetahuan. Karena itu penulis mengharapkan kerendahan hati apabila terdapat kekeliruan di dalam penyusunan laporan ini sehingga perbaikan berupa saran dan kritik akan menjadi sebuah masukan yang berharga untuk menyempurnakan karya tulis ini. Semoga penulisan laporan ini dapat membawa manfaat dalam menambah wawasan dan keterampilan dalam merancang tranduser temperatur yang menggunakan sensor termistor khususnya bagi penulis dan umumnya bagi mereka yang membutuhkan referensi dibidang tersebut. Selain itu, laporan ini diharapkan dapat menambah dan melengkapi perbendaharaan karya tulis yang bermanfaat bagi pembaca. Bandung, Juli 2012 Penulis v

6 UCAPAN TERIMA KASIH Dengan segala keterbatasan, penulis hanya dapat menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak yang mempunyai peran dalam pembuatan laporan ini. Ucapan terima kasih penulis disampaikan kepada : 1. Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. 2. Ibu dan Ayah yang telah memberikan amanat, kepercayaan, dan dukungan yang tidak ada hentinya serta doa yang selalu tercurah pada penulis sehingga penulis dapat lebih baik. 3. Kakak yaitu Irvan dan Renza yang telah memberikan semangat dan dukungan tiada henti kepada penulis. 4. Jurusan Teknik Konversi Energi meliputi Kepala Jurusan Bapak Aceng Daud, Kepala Program Studi ibu Sri Wuryanti, Sekertaris Jurusan Bapak Arya Wulung, staf dosen, dan staf jurusan lainnya. 5. Bapak Wahyu selaku pembimbing yang telah memberikan ilmu dan kepercayaan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. Semoga di masa mendatang penulis dapat memberikan sesuatu sebagai tanda terima kasih yang sebesar-besarnya. 6. Tim penguji yaitu Bapak Mardiyanto dan Ibu Sri Utami yang telah memberikan saran bagi kemajuan Tugas Akhir ini. 7. Bapak Teguh selaku koordinator Tugas Akhir. 8. Bapak Agus selaku teknisi Lab. Atas yang telah membantu penulis dalam mengerjakan TA ini. 9. Mang Dedi yang telah memberikan ilmu, saran dan waktu pada saat pengerjaan Tugas Akhir. 10. Rekan-rekan seperjuangan Nazwa, Dirman, Mahayu, Ryan, Sinta dan Vini yang telah berjuang bersama-sama hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. 11. Untuk seluruh rekan-rekan jurusan Teknik Konversi Energi, terima kasih atas dukungan dan kerjasamanya. Penulis tidak akan pernah melupakan kenangan suka dan duka yang telah dialami bersama hingga akhir semester mencapai gelar Diploma. 12. Serta untuk semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah memberikan doa dan dorongan serta saran dan kritiknya. vi

7 ABSTRAK Alat ukur ini dibuat dengan menggunakan sensor termistor yang memiliki koefisien negatif atau NTC( Negatif Temperature Coefficien). Termistor memiliki karakteristik yang tidak linier. Dengan karakteristik yang tidak linier dilakukan metode linierisasi menggunakan metode rangkaian paralel. Tranduser temperatur ini memiliki batas pengukuran dari 20 C hingga 50 C agar pada saat pengukuran mudah dilakukan, dikarenakan rangkaian ini ditujukan untuk modul praktikum. Tranduser ini membutuhkan sebuah rangkaian pengkondisi sinyal agar tegangan keluarannya berkisar pada 0 Volt hingga 5 Volt. Tegangan yang keluar dari pengkondisi sinyal kemudian diubah ke dalam sinyal frekuensi dengan menggunakan konverter tegangan ke frekuensi. Frekuensi yang keluar dari konverter tegangan ke frekuensi kemudian diubah kembali menjadi sinyal berupa tegangan dengan menggunakan konverter frekuensi ke tegangan. Tujuan dari pembuatan konverter ini yaitu sebagai modul untuk praktikum teknik pengukuran. Sensor termistor yang digunakan memiliki tahanan sebesar 729 Ω hingga 532 Ω pada range pengukuran 20 C hingga 50 C. Tegangan keluaran dari rangkaian sensor sebesar 4.04 Volt hingga 2.78 Volt pada pengukuran 20 C hingga 50 C. Tegangan keluaran rangkaian zero and span sebesar 0 Volt pada saat 20 C dan 5 Volt pada saat 50 C. Frekuensi keluaran rangkaian konverter tegangan ke frekuensi sebesar 0 KHz pada saat 0 V dan 5 KHz pada saat 5 V. Tegangan keluaran rangkaian konverter frekuensi ke tegangan sebesar 0 Volt pada saat 0KHz dan 5 Volt pada saat 5 KHz. vii

8 ABSTRACT The instrument is made using a sensor thermistor that has a negative coefficient or NTC (Negatif Temperature Coefficien). The characteristic of thermistor is not linear. With that characteristic, thermistor need linearization using a shunt resistance method. Temperature transducer has a measurement range from 20 C to 50 C so that measurement easy to do, because this circuit is intended for laboratory modul. This transducer requires a circuit output signal conditioner for voltage ranges at 0 Volt to 5 Volt. Voltage from the signal conditioner then turned into frequency signal using voltage to frequency converter. Frequency from the voltage to frequency converter then turned into voltage signal using frequency to voltage converter. Purpose of construction this converters is a modul for practice of measurement technic. This transducer requires a circuit output signal conditioner for voltage ranges at 0 Volt to 5 Volt. This thermistor has resistance 729 Ω to 532 Ω at measurement 20 C to 50 C. The output voltage from sensor circuit is 4.04 V to 2.78 V at measurement 20 C to 50 C. The output voltage from zero and span circuit when temperatur 20 C is 0 V and 5 V at 50 C. The output frequency from voltage to frequency converter circuit is 0 KHz when 0 V and 5 KHz when 5 V. The output voltage from frequency to voltage circuit is 0 V when 0 KHz and 5 V when 5 KHz. viii

9 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... iii UCAPAN TERIMA KASIH... iv ABSTRAK... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Tujuan Umum Tujuan Khusus Rumusan Masalah Batasan Masalah Metodologi Sistematika Penulisan Laporan... 3 BAB II LANDASAN TEORI Sensor/Tranduser Thermistor Karakteristik temperatur-tahanan Linearisasi Penguat Operasional Inverting Amplifier Non-Inverting Amplifier Pengubah Span dan Zero Rangkaian Catu Daya Rangkaian Konverter Voltage To Frekuensi Rangkaian Konverter Frekuensi To Voltage BAB III PERANCANGAN ALAT Pengertian Perancangan Tujuan Perancangan Perancangan Alat Spesifikasi Alat ix

10 3.4 Perancangan Rangkaian Perancangan Rangkaian Catu Daya Perancangan Rangkaian Sensor Temperatur Rangkaian Pengkondisi Sinyal/Zero and Span Pengubah Tegangan ke Frekuensi Pengubah Frekuensi ke Tegangan BAB IV PENGUJIAN, DATA DAN ANALISIS Tujuan Pengujian Metode Pengujian Pengujian Alat Rangkaian Power Supply Rangkaian Linearisasi Termistor Rangkaian Pengkondisi Sinyal Rangkaian Konverter V to f Rangkaian Konverter f to V Data dan Analisis Pengujian Pengujian Rangkaian Termistor Pengujian Rangkaian Zero and Span Pengujian Rangkaian Konverter V to f Pengujian Rangkaian Konverter f to V BAB V PENUTUP Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Karakteristik Thermistor (P/NTC)... 6 Gambar 2.2 Karakteristik temperatur tahanan... 7 Gambar 2.3 Karakteristik R/T menggunakan rangkaian paralel... 8 Gambar 2.4 Rangkaian Inverting Amplifier... 9 Gambar 2.5 Rangkain Non-Inverting Amplifier... 9 Gambar 2.6 Inverting Summer Gambar 2.7 Kurva alih rangkaian span and zero converter Gambar 2.8 Diagram blok dasar pengubah tegangan ke frekuensi Gambar 2.9 Operasi dan bentuk gelombang pada pengubah tegangan ke frekuensi Gambar 2.10 a. Diagram blok pengkonversi frekuensi ke tegangan Gambar 2.10 b. Bentuk gelombang Gambar 3.1 Diagram alir perancangan alat Gambar 3.2 Blok diagram sistem perancangan alat Gambar 3.3 Catu daya DC simetris Gambar 3.4 Rangkaian sensor suhu dengan komponen thermistor Gambar 3.5 Rangkaian Span and Zero Gambar 3.6 Rangkaian Voltage to Frekuensi dengan LM Gambar 3.7 Rangkaian frekuensi to voltage dengan LM Gambar 4.1 (a) Power supply Gambar 4.1 (b) Modul sensor, zero and span, konverter v to f dan konverter f to v Gambar 4.2 Power supply DC Simetris Gambar 4.3 Rangkaian Linearisasi Termistor Gambar 4.4 (a) Pengukuran resistansi NTC Gambar 4.4 (b) Pengukuran Vout rangkaian NTC Gambar 4.5 Rangkaian pengkondisi sinyal /span and zero Gambar 4.6 Rangkaian konverter V to f Gambar 4.7 Rangkaian konverter f to V Gambar 4.8 Karakteristik termistor NTC Gambar 4.9 Karakteristik termistor NTC dengan linearisasi Gambar 4.10 Karakteristik suhu terhadap tegangan pada rangkaian sensor Gambar 4.11 Karakteristik suhu terhadap tegangan zero and span xi

12 Gambar 4.12 Karakteristik tegangan sensor terhadap zero and span Gambar 4.13 Karakteristik tegangan terhadap frekuensi pada v to f Gambar 4.14 Karakteristik suhu terhadap frekuensi pada v to f Gambar 4.15 Karakteristik frekuensi terhadap tegangan pada f to v Gambar 4.16 Karakteristik suhu terhadap tegangan pada f to v xii

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel perbandingan kelebihan dan kekurangan sensor suhu... 5 Tabel 4.1 Data Pengujian Termistor Tabel 4.2 Data Pengujian Rangkaian Zero and Span Tabel 4.3 Data Pengujian Rangkaian Konverter V to f Tabel 4.4 Data Pengujian Rangkaian Konverter f to V xiii

14 DAFTAR PUSTAKA Areny, Ramon Pallas. dan John G. Webster Sensors And Signal Conditioning. Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc. Jacob, J.Michael Industrial Control Electronic Application and Design. New Jersey : Prentice Hall. Mardiyanto, Ignatius R.,dkk Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung : Polban. Scribd (Diakses tanggal 4 Januari 2012) Pengenalan Instrumentasi Scribd (Diakses tanggal 4 Januari 2012) Alat Ukur Temperatur Blog (Diakses tanggal 4 Januari 2012) Rangkaian Alarm Sensor Suhu Web (Diakses tanggal 4 Januari 2012)